[發明專利]工業數字攝影測量用像點匹配方法

有效

• 申請號: 201010201989.4
• 申請日: 2010-06-17
• 公開（公告）號: CN101846514A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 李廣云;李宗春;馮其強
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍信息工程大學
• 主分類號: G01C11/04
• 分類號: G01C11/04;G06T7/00
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 陳浩

技術領域

本發明涉及工業數字攝影測量用像點匹配方法。

背景技術

像點匹配即確定物方點在不同像片上對應的同名像點，是實現攝影測量自動化的關鍵技術之一。當采用回光反射標志作為測量點時，各標志的圖像具有基本一致的灰度分布規律，故采用基于灰度相關的匹配算法難以實現其自動匹配。因此，在工業數字攝影測量中，像點自動匹配只能利用同名像點間的空間幾何關系完成。

核線約束是解決攝影測量同名像點匹配的重要約束條件。圖1所示為一個立體像對，物方點在像片和上分別成像為和，即同名像點；物方點、投影中心和三點共面，該平面即為物方點對應的核面；核面與各像平面的交線（、）稱為核線。顯然，同名像點和一定在其相應核線和上。受相機畸變及其它誤差的影響，實際像點可能不會嚴格位于核線上，而與其有一微小距離。

利用核線約束實施像點匹配，首先要計算出給定像點的同名像點對應核線，其前提是相機參數、像片外方位元素和像點坐標均已知。

圖1中，記像點在像空間坐標系中的坐標為，在像空間坐標系中的坐標為，則有：

???（1）

上式中，為像片投影中心在物方空間坐標系中的坐標，和為像空間坐標系相對于物方空間坐標系的旋轉矩陣。在像空間坐標系中，和的坐標已知，分別為和。根據上式，可得和在像空間坐標系中的坐標，分別記為和。

由、和三點共面（核面），可得核面在像空間坐標系中的方程為：???

?????????????????????????????（2）

在像空間坐標系下，像平面的平面方程為：

????????????????????????（3）

將式（3）代入式（2），即可得像點在像平面上的核線方程：

???????（4）

基于核線約束的像點匹配一般以3張像片為一組，分兩步進行匹配：首先經初始匹配確定初始匹配像點，然后精確匹配確定唯一的同名像點。

以圖2基于3張像片的核線匹配過程為例，物方點在像片上的像點為目標像點，、為其分別在待匹配像片、上的同名像點，、為相應核線。核線匹配的過程大致如下：

(1)初始匹配。如前所述，由于各種誤差的影響，同名像點通常偏離相應核線一定的距離。因此，在初始匹配過程中，給定距離閾值，在待匹配像片、上分別搜索所有到核線、距離小于的像點，分別記為初始匹配像點集合、。如圖3所示，，。

(2)精確匹配。對中的所有初始匹配像點，按上述方法分別計算其在像片上的相應核線、、、，與的交點記為，如圖4所示。找出和兩組像點之間距離最小的兩點，則其分別在像片和上的對應像點就是像片上點的同名像點。圖4中，最近的兩點為和，在像片和上的對應像點分別為、，即的同名像點為、。

核線約束是將核面條件轉化到像平面上，即將二維約束簡化為一維約束，其本質是同名像點及其所在像片的投影中心（以及對應物方點）共面。候選像點到核線的距離在一定程度上反映了同名像點與相應像片投影中心的共面程度，但并非其準確表述。能夠準確描述其共面程度的是候選像點到相應核面（而非核線）的距離。

如圖5所示，候選像點到核線的距離記為，到核面的距離記為，顯然，只有當核面與像平面垂直時，，否則，且兩平面夾角越小，與的差值越大。亦即，核面與像平面的夾角越小，則核線約束的誤差越大，而這種誤差將增大閾值的選擇難度；另一方面，要得到核線方程，除了計算核面方程外，還要計算像平面的方程及二者的交線方程，這無疑增加了計算量。因此，從匹配準確性和速度兩方面考慮，選擇核面約束作為像點匹配的約束條件更為合適，即凡是到相應核面的距離小于給定閾值的所有像點均作為候選相應像點。

在近景攝影測量中，一次測量拍攝的像片少則十幾張，多則數百張，將像片按3張一組進行組合，得到的組合數量極大，難以對每一種組合都進行匹配。另外，當被測目標尺寸較大時，多采用部分覆蓋攝影，即有些像片之間沒有重疊區域，因此對這些像片組合進行匹配非但沒有意義，反而容易造成誤匹配，因此需要一種能夠實現像點快速、準確匹配的方法。

發明內容

本發明的目的是提供能夠實現像點快速、準確匹配的工業數字攝影測量用像點匹配方法，以解決現有匹配方法計算量大、誤差大的問題。

?本發明的一種基于核面約束的像點匹配方法的步驟如下：

(1)將三張像片上的所有像點坐標轉換到物方空間坐標系內；

(2)選取一張像片上的各未匹配像點為目標像點，計算其在另兩張像片、上的對應核面、；